JP2012503207A - Industrial roll with optical roll cover sensor system - Google Patents
Industrial roll with optical roll cover sensor system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012503207A JP2012503207A JP2011528188A JP2011528188A JP2012503207A JP 2012503207 A JP2012503207 A JP 2012503207A JP 2011528188 A JP2011528188 A JP 2011528188A JP 2011528188 A JP2011528188 A JP 2011528188A JP 2012503207 A JP2012503207 A JP 2012503207A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- roll
- fiber
- optical fiber
- sensor
- bragg
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 19
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 213
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 96
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 45
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 20
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 69
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 9
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 6
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 6
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000002839 fiber optic waveguide Methods 0.000 claims description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 4
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 claims description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 3
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 claims description 3
- 230000023077 detection of light stimulus Effects 0.000 claims 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract description 2
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 7
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 7
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 5
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 4
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 3
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 3
- 229920002430 Fibre-reinforced plastic Polymers 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N alstonine Natural products C1=CC2=C3C=CC=CC3=NC2=C2N1C[C@H]1[C@H](C)OC=C(C(=O)OC)[C@H]1C2 WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 239000011151 fibre-reinforced plastic Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 2
- 102000016942 Elastin Human genes 0.000 description 1
- 108010014258 Elastin Proteins 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004433 Thermoplastic polyurethane Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000037237 body shape Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 235000019504 cigarettes Nutrition 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 229920002549 elastin Polymers 0.000 description 1
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 239000006261 foam material Substances 0.000 description 1
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- -1 resinin Polymers 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229920002725 thermoplastic elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229920002397 thermoplastic olefin Polymers 0.000 description 1
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 229920006342 thermoplastic vulcanizate Polymers 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
- G01L1/242—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre
- G01L1/246—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre using integrated gratings, e.g. Bragg gratings
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
- G01L5/0061—Force sensors associated with industrial machines or actuators
- G01L5/0076—Force sensors associated with manufacturing machines
- G01L5/0085—Force sensors adapted for insertion between cooperating machine elements, e.g. for measuring the nip force between rollers
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Paper (AREA)
Abstract
工業用ロール（２０）のロールカバー（６）に埋設された及び／又はロールカバー（６）とロールコア（２１）との間に配置された横方向力変換ファイバブラッグセンサ（１０）を有する工業用ロール（２０）が提供される。横方向力変換ファイバブラッグセンサ（１０）は、ファイバコア（２）及びファイバ被覆材を有する光ファイバ導波路（１）と、光ファイバ導波路（１）の周面の部分的な領域に非嵌合式に結合されたスタッドエレメント（４）とを有している。光ファイバ導波路（１）は、ファイバコア（２）に配置されたブラッグ格子（３）を有しており、ファイバ（１）の長手方向でみた部分的な領域の寸法は、ブラッグ格子（３）の格子スペースよりも長くなっている。部分的な領域は、ブラッグ格子（３）を収容する光ファイバ導波路のセクションに配置されており、スタッドエレメント（４）の少なくとも第１の構成部分は、１０ｋＮ／ｍｍ2のヤング係数を有する第１の材料から形成されている。Industrial use with lateral force conversion fiber Bragg sensor (10) embedded in roll cover (6) of industrial roll (20) and / or arranged between roll cover (6) and roll core (21) A roll (20) is provided. The lateral force-converting fiber Bragg sensor (10) is not fitted into the optical fiber waveguide (1) having the fiber core (2) and the fiber coating material, and a partial region of the peripheral surface of the optical fiber waveguide (1) And a stud element (4) joined in a compound manner. The optical fiber waveguide (1) has a Bragg grating (3) arranged in the fiber core (2), and the dimension of the partial region seen in the longitudinal direction of the fiber (1) is Bragg grating (3). ) Longer than the lattice space. The partial region is arranged in a section of the optical fiber waveguide that houses the Bragg grating (3), and at least a first component of the stud element (4) has a Young's modulus of 10 kN / mm 2 . 1 material.
Description
本発明は、工業用ロールのためのロールカバーにおける圧力測定、特に、ロールカバーに加えられた圧力を決定するためのファイバブラッグ格子センサの使用に関する。 The present invention relates to pressure measurement in roll covers for industrial rolls, and in particular to the use of a fiber Bragg grating sensor to determine the pressure applied to the roll cover.
ロールは、紙製造のための基本材料であるファイバ質ウェブシートを案内、乾燥及びプレスするために工業的抄紙において使用されている。ロールは、さらに、ウェット、プレス、及びドライヤフェルトのための案内ローラとして抄紙機において使用されている。抄紙機の幾つかのセクションにおいて、ファイバウェブは２つの協働するロールの間を搬送され、ファイバウェブはこれらのロールの間に形成されたニップにおいてプレスされる。ファイバウェブから加工された紙の性質は、様々な協働するローラの間のニップセクションにおいて存在する圧力分布に大きく依存する。従って、抄紙業者は、これらのニップセクションにおける圧力分布を監視及び制御することを望んでいる。 Rolls are used in industrial papermaking to guide, dry and press the fibrous web sheet, which is the basic material for paper manufacture. Rolls are also used in paper machines as guide rollers for wet, press, and dryer felt. In some sections of the paper machine, the fiber web is conveyed between two cooperating rolls and the fiber web is pressed in a nip formed between these rolls. The nature of the paper processed from the fiber web is highly dependent on the pressure distribution present in the nip section between the various cooperating rollers. Thus, papermakers want to monitor and control the pressure distribution in these nip sections.
ニップ圧力は、通常、ロールコアとロールカバーとの間又はロールカバー内に配置されたセンサによって監視される。半径方向の力、すなわち、ロールの半径方向に作用する力は、圧電センサ又は電子機械式センサを用いて測定され、両センサは、加圧されたときのロールの変形を示す電圧を発生する。抄紙機ロールは高速で回転するので、センサ信号は、通常、無線送信機によって、ロールの外部の信号処理ユニットへ送信される。 The nip pressure is typically monitored by a sensor located between or within the roll core and roll cover. The radial force, ie the force acting in the radial direction of the roll, is measured using a piezoelectric sensor or an electromechanical sensor, both sensors generating a voltage indicative of the deformation of the roll when pressurized. Since the paper machine roll rotates at high speed, the sensor signal is usually transmitted to a signal processing unit outside the roll by a wireless transmitter.
電気センサの他に、ニップにおける圧力条件を監視するために、光ファイバセンサが使用される。光ファイバセンサは、通常、検出エレメントとして光ファイバ導波路を使用し、ファイバに加えられたひずみは、ファイバの光学特性に対するひずみの影響によって決定される。 In addition to electrical sensors, fiber optic sensors are used to monitor pressure conditions at the nip. Fiber optic sensors typically use a fiber optic waveguide as the sensing element, and the strain applied to the fiber is determined by the effect of the strain on the optical properties of the fiber.
慣用の光ファイバにおいて、ひずみ又は曲げによって誘発された、ファイバを通過する光の強度の変化が、測定信号として使用される。しかしながら、これらの効果によって得られた測定信号は、信号の発生源の位置に関する情報を含んでおらず、ファイバの光学的特性が変化した位置を特定することができない。 In conventional optical fibers, changes in the intensity of light passing through the fiber, induced by strain or bending, are used as measurement signals. However, the measurement signal obtained by these effects does not include information regarding the position of the signal source, and the position where the optical characteristic of the fiber has changed cannot be specified.
測定信号の発生箇所も重要であるならば、複数の識別可能な測定セクションを有する光ファイバが好適である。ファイバブラッグ格子センサにおいて、それぞれの測定セクションは、ファイバコアに配置されたブラッグ格子によって形成されている。ブラッグ格子は、光ファイバの長手方向に沿った、ファイバコアの屈折率の一連の変化から成る。それぞれの測定問題に応じて、（一般に２つの）屈折指標（いわゆる格子スペース）の連続的な変化の間の距離が、一定であるか又は１つのブラッグ格子内で変化する。光ファイバのコアを通過する光は、それぞれの屈折率チェンジオーバにおいて部分的に反射され、反射率は、関与した屈折指標と、光の波長とに依存する。屈折指標における一連のチェンジオーバにおける複数の反射は、建設的又は破壊的な干渉を生じる。従って、ブラッグ格子測定セクションの格子スペースが一定である場合、１つの波長のみが（少なくとも部分的に）反射され、１つの測定セクションにおける格子スペースが変化する場合、複数の波長が反射される。反射された光の波長と、達成された反射率とは、測定セクションに存在する屈折率チェンジオーバの数により、使用された格子スペースと、関与した屈折指標と、与えられた格子長さとに依存する。 An optical fiber having a plurality of identifiable measurement sections is preferred if the location of measurement signal generation is also important. In a fiber Bragg grating sensor, each measurement section is formed by a Bragg grating arranged in a fiber core. A Bragg grating consists of a series of changes in the refractive index of the fiber core along the length of the optical fiber. Depending on the respective measurement problem, the distance between successive changes in (generally two) refractive indices (so-called grating spaces) is constant or varies within one Bragg grating. Light passing through the core of the optical fiber is partially reflected at each refractive index changeover, and the reflectivity depends on the refractive index involved and the wavelength of the light. Multiple reflections in a series of changeovers in the refractive index cause constructive or destructive interference. Therefore, if the grating space of the Bragg grating measurement section is constant, only one wavelength is reflected (at least partially), and if the grating space in one measurement section changes, multiple wavelengths are reflected. The wavelength of the reflected light and the achieved reflectance depend on the grating space used, the refractive index involved and the given grating length, depending on the number of refractive index changeovers present in the measurement section To do.
測定セクション、すなわちブラッグ格子を含むファイバのセクションがひずみに曝されると、格子スペースが変化し、格子において反射される光の波長の比例したシフトを生ずる。測定可能な波長シフトは、光ファイバのブラッグ格子セクションが長手方向に沿って伸長又は圧縮された時にだけ得られる。ファイバ軸線に対して横方向に作用する力は、格子スペースの測定可能な変化を引き起こさず、光弾性構成による僅かなブラッグ波長シフトのみを生ずる。従って、ファイバブラッグセンサは、主にひずみセンサとして使用され、圧力又は力センサとして使用されない。 When the measurement section, i.e. the section of the fiber containing the Bragg grating, is exposed to strain, the grating space changes, resulting in a proportional shift in the wavelength of light reflected at the grating. A measurable wavelength shift is obtained only when the Bragg grating section of the optical fiber is stretched or compressed along its length. Forces acting transverse to the fiber axis do not cause measurable changes in the grating space, but only a slight Bragg wavelength shift due to the photoelastic configuration. Therefore, the fiber Bragg sensor is mainly used as a strain sensor and not as a pressure or force sensor.
２つの協働するロールのニップセクションにおける圧力分布は、実用上、ロールに半径方向に作用する力によって決定される。これらの力を直接に測定するために、ファイバブラッグセンサのブラッグ構成は、ロールの半径方向に向けられていなければならない。個々の配列は実用的ではない。なぜならば、ファイバブラッグ格子の格子長さは、ミリメートルのオーダであり、ロールカバー内で使用されるには長すぎるからである。さらに、光ファイバの最小曲げ半径は、約１センチメートルのオーダであるので、半径方向に関するファイバの合計最小高さは、実用的な用途のためには長すぎる。制限された曲げ半径の同じ理由から、ロールカバーにおけるファイバブラッグ格子の半径方向に向けた配置は、ファイバごとに１つの測定セクションしか設けることができず、別のファイバが、それぞれの測定位置のために必要とされる。 The pressure distribution in the nip section of the two cooperating rolls is practically determined by the force acting radially on the rolls. In order to measure these forces directly, the Bragg configuration of the fiber Bragg sensor must be oriented in the radial direction of the roll. Individual arrangements are not practical. This is because the fiber Bragg grating has a grating length on the order of millimeters and is too long to be used in a roll cover. Furthermore, since the minimum bend radius of the optical fiber is on the order of about 1 centimeter, the total minimum height of the fiber in the radial direction is too long for practical applications. For the same reason for the limited bend radius, the radial arrangement of the fiber Bragg grating in the roll cover can only have one measurement section per fiber, and another fiber for each measurement position. Is needed to.
従って、光ファイバセンサは、通常、ニップセクションにおいて作用する力によってロールカバーに誘発されたフープひずみを測定するために配置されている。ロールカバーのフープひずみを検出するために、光ファイバは、ロールカバー内又はロールカバーとロールコアとの間の境界に埋設されている。ロールカバーにおける接線方向みずみを決定するために適切な構成は、欧州特許第１３９２９１７号明細書に開示されており、好適にはマイクロベンド光ファイバセンサが、螺旋形、軸方向、周方向、及び"幾分不規則な"構成で配置されている。欧州特許第０８０９５０７号明細書に示された光ファイバ構成は、螺旋形、波形、散乱された構成、ロール軸線に対して平行にロールの長さに沿って直線を含む。波形の場合、ファイバの測定セクション、例えばブラッグ格子は、ロールの周方向に向けられているか又は周方向に少なくとも１つの成分を有している。 Thus, fiber optic sensors are typically arranged to measure hoop strain induced in the roll cover by forces acting at the nip section. In order to detect the hoop distortion of the roll cover, the optical fiber is embedded in the roll cover or at the boundary between the roll cover and the roll core. A suitable arrangement for determining the tangential strain in the roll cover is disclosed in European Patent No. 1392917, and preferably a microbend fiber optic sensor is helical, axial, circumferential, and Arranged in a “somewhat irregular” configuration. The optical fiber configuration shown in EP 0809507 includes a spiral, corrugated, scattered configuration, a straight line along the length of the roll parallel to the roll axis. In the case of corrugations, the measurement section of the fiber, for example a Bragg grating, is oriented in the circumferential direction of the roll or has at least one component in the circumferential direction.
１つのブラッグセンサファイバ内で２つ以上の測定セクションを用いる場合、測定信号は、発生源の個々の測定セクションに割り当てられなければならない。ファイバブラッグセンサのファイバが螺旋形に配置されている場合、それぞれの測定セクションは、ロールの異なる周方向位置においてニップを横断する。従って、測定セクションの割り当ては、ロールの回転角を用いて実行されてよい。 When using more than one measurement section in one Bragg sensor fiber, the measurement signal must be assigned to the individual measurement section of the source. When the fibers of the fiber Bragg sensor are arranged in a spiral, each measurement section traverses the nip at a different circumferential position of the roll. Therefore, the assignment of measurement sections may be performed using the roll rotation angle.
ある光の反射が発生した測定セクションを特定するための別の方法は、ブラッグファイバへの光パルスの発射と、ファイバにおけるブラッグ格子のうちの１つから反射された光エコーの検出との間の時間を決定することに基づく、個々の時間多重式ファイバブラッグ格子センサ構成は、例えば、米国特許第４９９６４１９号明細書に開示されている。 Another way to identify the measurement section where a reflection of light has occurred is between firing a light pulse into the Bragg fiber and detecting an optical echo reflected from one of the Bragg gratings in the fiber. An individual time multiplexed fiber Bragg grating sensor configuration based on determining time is disclosed, for example, in US Pat. No. 4,996,419.
時間多重式の代わりに、波長多重式を、ある測定信号を生じた測定セクションを特定するために使用することができる。このような分配された、空間的に解決する光ファイバひずみゲージのための例は、米国特許第４８０６０１２号明細書に開示されている。記載されたブラッグファイバにおいて、１つのブラッグ格子の格子スペースは、同じファイバに形成された別のブラッグ格子のあらゆる格子スペースと異なる。１つの格子において発生された光エコーの基本波長は、他の格子のそれぞれにおいて発生されたものと異なる。これに関して、本明細書において使用される「光エコー」は、ブラッグファイバにおけるブラッグ格子において反射された光をいう。ブラッグファイバはここでは、ファイバコア内に形成された１つ又は２つ以上のブラッグ格子を有する光ファイバをいう。本明細書で使用される「基本波長」は、ひずみにさらされていないブラッグ格子によって発生された光エコーの波長をいう。ブラッグファイバの様々な異なるブラッグ格子の基本波長の間のスペースは、通常、設計された通りに使用されたときのブラッグファイバに対して予想される波長シフトよりも長く選択されている。 Instead of time multiplexing, wavelength multiplexing can be used to identify the measurement section that produced a measurement signal. An example for such a distributed, spatially resolved fiber optic strain gauge is disclosed in US Pat. No. 4,806,012. In the described Bragg fiber, the grating space of one Bragg grating is different from any grating space of another Bragg grating formed in the same fiber. The fundamental wavelength of the optical echo generated in one grating is different from that generated in each of the other gratings. In this regard, “optical echo” as used herein refers to light reflected at a Bragg grating in a Bragg fiber. A Bragg fiber herein refers to an optical fiber having one or more Bragg gratings formed in a fiber core. As used herein, “fundamental wavelength” refers to the wavelength of an optical echo generated by a Bragg grating that is not subjected to strain. The space between the fundamental wavelengths of various different Bragg gratings in Bragg fibers is usually chosen to be longer than the expected wavelength shift for Bragg fibers when used as designed.
使用されるブラッグファイバのタイプにかかわらず、ロールカバーに埋設されたファイバブラッグセンサは、ニップ領域においてロールに影響する半径方向の力ではなく、ニップにおいて作用する力によって生ぜしめられるロールカバーの変形を決定することのみを許容する。ロールの長さに沿ったカバーの変形のばらつきは、ロールの周方向での変形のばらつきと比較して小さい。なぜならば、ロールの長さに沿った圧力差は、一般に、ニップの内側と外側との間よりも著しく小さいからである。従って、ロールの長さに沿って、ロール軸線に対して平行に配置されたブラッグファイバは、生じるとしても、ブラッグ格子において反射された光の波長の小さなシフトしか生じず、シフト値は、さらに、ニップに存在する圧縮力の絶対値を示さない。ニップにおける圧縮力の絶対値を示すために、ブラッグ格子は、ロールの周方向の成分を備えて配置されている。しかしながら、これは、２つの対応するロールの間に存在する力の確実な提案を許容しない。なぜならば、カバー変形と圧縮力との間の関係は、ロールカバーの弾性により、極めて複雑であるからである。 Regardless of the type of Bragg fiber used, the fiber Bragg sensor embedded in the roll cover does not cause radial deformation that affects the roll in the nip region, but the deformation of the roll cover caused by the force acting on the nip. Only allow decisions to be made. The variation in deformation of the cover along the length of the roll is small compared to the variation in deformation in the circumferential direction of the roll. This is because the pressure difference along the length of the roll is generally significantly smaller than between the inside and outside of the nip. Thus, Bragg fibers placed parallel to the roll axis along the length of the roll, if any, produce only a small shift in the wavelength of the light reflected at the Bragg grating, and the shift value is Does not indicate the absolute value of the compressive force present in the nip In order to show the absolute value of the compressive force at the nip, the Bragg grating is arranged with components in the circumferential direction of the roll. However, this does not allow a reliable proposal of the force that exists between the two corresponding rolls. This is because the relationship between cover deformation and compressive force is extremely complex due to the elasticity of the roll cover.
ファイバブラッグセンサの別の欠点は、１つのファイバに配置することができる識別可能な測定セクションの制限された数である。ブラッグファイバセンサは、通常、１０〜２５個以下の格子から成り、これは、ニップにおける圧力分布を決定するために利用できる測定箇所の密度を制限する。 Another drawback of fiber Bragg sensors is the limited number of identifiable measurement sections that can be placed on a single fiber. Bragg fiber sensors typically consist of no more than 10-25 grids, which limits the density of measurement points that can be used to determine the pressure distribution in the nip.
従って、本発明の課題は、２つの協働するロールのニップセクションにおける圧力分布の特徴づけのための改良された光ファイバブラッグ検出システムを提供することである。 Accordingly, it is an object of the present invention to provide an improved fiber optic Bragg detection system for characterization of pressure distribution in the nip section of two cooperating rolls.
前記課題は、独立請求項に定義された発明によって達成される。発明の有利な実施の形態はその他の請求項の主体である。 The object is achieved by the invention as defined in the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject of other claims.
本発明は、実質的に円筒状のセクションを有するロールコアと、少なくとも部分的に前記ロールコアの円筒状のセクションを被覆するロールカバーと、該ロールカバーに埋設された及び／又は前記ロールカバーとロールコアとの間に配置された１つ又は２つ以上の光ファイバセンサとを有している。１つ又は２つ以上の光ファイバセンサは、光ファイバ導波路とスタッドエレメントとを有する横方向力変換ファイバブラッグセンサによって形成された少なくとも１つの測定セクションを有しており、前記光ファイバ導波路が、ファイバコアとファイバ被覆材とを有しており、前記スタッドエレメントが、光ファイバ導波路の周面の部分的な領域に非嵌合式に結合されている。光ファイバ導波路は、ファイバコアに配置されたブラッグ格子を有している。さらに、ファイバの長手方向でみた前記部分的な領域の寸法が、ブラッグ格子の格子の間隔よりも長く、前記部分的な領域が、ブラッグ格子を包囲する光ファイバ導波路のセクションに配置されている。さらに、前記スタッドエレメントの少なくとも第１の構成部分が、１０ｋＮ／ｍｍ2（１０ＧＰａと等しい）未満のヤング係数を有する第１の材料から形成されている。 The present invention provides a roll core having a substantially cylindrical section, a roll cover that at least partially covers the cylindrical section of the roll core, and / or embedded in and / or the roll cover and roll core. One or more optical fiber sensors disposed between the two. One or more fiber optic sensors have at least one measurement section formed by a lateral force conversion fiber Bragg sensor having a fiber optic waveguide and a stud element, the fiber optic waveguide comprising: The stud element is non-fittingly coupled to a partial region of the peripheral surface of the optical fiber waveguide. The optical fiber waveguide has a Bragg grating disposed in the fiber core. In addition, the dimension of the partial region in the longitudinal direction of the fiber is longer than the grating spacing of the Bragg grating, and the partial area is arranged in the section of the optical fiber waveguide surrounding the Bragg grating. . Furthermore, at least a first component of the stud element is formed from a first material having a Young's modulus of less than 10 kN / mm 2 (equal to 10 GPa).
上で定義された工業用ロールは、有利には、工業用ロールにおける半径方向の力の直線的な測定を可能にする。 The industrial roll defined above advantageously allows a linear measurement of the radial force in the industrial roll.
本発明は、さらに、ロールカバーを含んでおり、このロールカバーは、ロールカバー（６）に及び／又は該ロールカバーとロールコアとの間に埋設された１つ又は２つ以上の光ファイバセンサを有しており、該１つ又は２つ以上の光ファイバセンサが、光ファイバ導波路及びスタッドエレメントを有する横方向力変換ファイバブラッグセンサによって形成されており、前記光ファイバ導波路が、ファイバコアとファイバ被覆材とを有しており、前記スタッドエレメントが、前記光ファイバ導波路の周面の部分的な領域に非嵌合式に結合されており、光ファイバ導波路が、ファイバコアに配置されたブラッグ格子を有しており、前記光ファイバ導波路の長手方向でみた前記部分的な領域の寸法が、ブラッグ格子の格子スペースよりも長くなっており、前記部分的な領域が、ブラッグ格子を包囲する光ファイバ導波路のセクションに配置されており、前記スタッドエレメントの少なくとも第１の構成部分が、１０ｋＮ／ｍｍ2未満のヤング係数を有する第１の材料から形成されているロールカバーを含む。 The present invention further includes a roll cover that includes one or more optical fiber sensors embedded in the roll cover (6) and / or between the roll cover and the roll core. And the one or more optical fiber sensors are formed by a lateral force conversion fiber Bragg sensor having an optical fiber waveguide and a stud element, the optical fiber waveguide comprising a fiber core and The stud element is non-fittingly coupled to a partial region of the peripheral surface of the optical fiber waveguide, and the optical fiber waveguide is disposed in the fiber core. A Bragg grating, and the size of the partial region in the longitudinal direction of the optical fiber waveguide is longer than the grating space of the Bragg grating. Ri, the partial regions are arranged in the section of optical fiber waveguide which surrounds the Bragg grating, at least a first component of the stud element, first has a Young's modulus of less than 10 kN / mm 2 1 A roll cover formed from the material.
本発明は、工業用ロール及び／又はロールカバーの一部としての、上述のような横方向力変換ファイバブラッグセンサに相当する光ファイバセンサも含んでいる。 The present invention also includes an optical fiber sensor corresponding to the lateral force conversion fiber Bragg sensor as described above as part of an industrial roll and / or roll cover.
上に特定された光ファイバセンサのスタッドエレメントのために使用される第１の材料の圧縮率は、好適には、低く、１０10Ｐａ（１０10Ｎ／ｍ2に相当し、１０ＧＰａと等しい）を超える体積弾性率によって特徴づけられる。低い圧縮率は、横方向力をスタッドエレメントの長手方向変形に効率的に変換する。 The compressibility of the first material used for the optical fiber sensor stud element specified above is preferably low, 10 10 Pa (corresponding to 10 10 N / m 2 , equal to 10 GPa). Characterized by a bulk modulus greater than. The low compressibility effectively converts the lateral force into a longitudinal deformation of the stud element.
上で特定された光ファイバセンサの好適な実施の形態において、第１の材料が、１ｋＮ／ｍｍ2未満のヤング係数、より好適には０．００１〜０．０１ｋＮ／ｍｍ2の範囲のヤング係数を有している。 In a preferred embodiment of the optical fiber sensor specified above, the first material, 1 kN / mm 2 less than Young's modulus, Young's modulus of more preferably in the range of 0.001~0.01kN / mm 2 is have.
スタッドエレメントは、有利には、光ファイバ導波路の長手方向でみて前記第１の構成部分に隣接してかつ光ファイバ導波路の周面に配置された、第２の材料から形成された少なくとも１つの第２の構成部分を有しており、前記第２の材料が、１０ｋＮ／ｍｍ2のヤング係数と、好適には１０６Ｎ／ｍ2未満の体積弾性率によって特徴づけられる高い圧縮率とを有している。 The stud element is advantageously at least one made of a second material, arranged in the longitudinal direction of the optical fiber waveguide, adjacent to the first component and on the peripheral surface of the optical fiber waveguide. The second material has a Young's modulus of 10 kN / mm 2 and a high compressibility, preferably characterized by a bulk modulus of less than 106 N / m 2. is doing.
スタッドエレメントは、前記光ファイバ導波路の長手方向でみて、前記第１の構成部分に互いに反対側において隣接した２つの第２の構成部分を有している。 The stud element has two second components adjacent to each other on the opposite side to the first component when viewed in the longitudinal direction of the optical fiber waveguide.
有利な発展形によれば、横方向力変換ファイバブラッグセンサは、好適には、ロールカバーに及び／又はロールカバーとロールコアとの間に埋設されており、スタッドエレメントが、ロールカバーに及び／又はロールカバーとロールコアとの間に形成されたキャビティ内に配置されている。横方向力に曝された場合に、スタッドエレメントに結合されたブラッグ格子の伸長を可能にするため、光ファイバ導波路の長手方向でみたキャビティの寸法が、好適には、前記長手方向でみたスタッドエレメントの寸法よりも大きくなっている。このことは、押圧された時にスタッドエレメントがキャビティに入り込むのを許す。改良された感度は、スタッドエレメントが、光ファイバ導波路の長手方向でみてスタッドエレメントの両側に空所を形成するように、キャビティ内に配置されていることによって達成される。 According to an advantageous development, the lateral force-converting fiber Bragg sensor is preferably embedded in the roll cover and / or between the roll cover and the roll core, and the stud element extends to the roll cover and / or It arrange | positions in the cavity formed between the roll cover and the roll core. In order to allow the extension of the Bragg grating coupled to the stud element when exposed to lateral forces, the dimension of the cavity viewed in the longitudinal direction of the optical fiber waveguide is preferably the stud viewed in the longitudinal direction. It is larger than the dimension of the element. This allows the stud element to enter the cavity when pressed. Improved sensitivity is achieved by the stud element being disposed in the cavity so as to form cavities on both sides of the stud element as viewed in the longitudinal direction of the optical fiber waveguide.
ファイバブラッグ格子の長手方向ひずみにおける横方向力の有効な変換は、スタッドエレメントが、光ファイバ導波路がスタッドエレメントを貫通するように光ファイバ導波路に配置されていることによって達成される。光ファイバ導波路の半径方向の力の制御された変換を達成するために、スタッドエレメントが、光ファイバ導波路の軸線がスタッドエレメントの対称軸線に配置されるような回転対称の形状を有している。 Effective conversion of the lateral force in the longitudinal strain of the fiber Bragg grating is achieved by placing the stud element in the optical fiber waveguide so that the optical fiber waveguide penetrates the stud element. In order to achieve a controlled conversion of the radial force of the optical fiber waveguide, the stud element has a rotationally symmetric shape such that the axis of the optical fiber waveguide is arranged in the axis of symmetry of the stud element. Yes.
スタッドエレメントの第１の構成部分は、長手方向力における横方向力の規定された変換を可能にする、球、扁長又は扁円の長球、二重円錐、円板、円筒、又は樽形に類似の形状を有している。 The first component of the stud element is a sphere, prolate or oblate spheroid, double cone, disc, cylinder, or barrel that allows for a defined conversion of the lateral force in the longitudinal force It has a similar shape.
ファイバ長手方向で２つの第２の構成部分の間に配置された第１のエレメントを有するスタッドエレメントを備えた光ファイバセンサが、別の材料に埋設されている場合、スタッドエレメントの第２の構成部分が、ジオメトリのベースにおいて第１の構成部分に接触したほぼ円錐又は切頭円錐、すなわち円錐台形を有していることにより、第２の構成部分の比較的均一な圧縮を達することができる。 If the fiber optic sensor with a stud element having a first element disposed between two second components in the longitudinal direction of the fiber is embedded in another material, the second configuration of the stud element By having a substantially conical or truncated cone in contact with the first component at the base of the geometry, ie a frustoconical shape, a relatively uniform compression of the second component can be achieved.
光ファイバが、例えば保護コーティング等のコーティングを有しているならば、コーティングは、好適には、スタッドエレメントと光ファイバ導波路の周面との間の非嵌合式結合の部分を形成している。 If the optical fiber has a coating, such as a protective coating, the coating preferably forms a part of a non-mating connection between the stud element and the peripheral surface of the optical fiber waveguide. .
好適な実施形態において、シリコーンゴムが第１の材料のために使用されている及び／又はポリマ発泡材が第２の材料のために使用されている。 In a preferred embodiment, silicone rubber is used for the first material and / or polymer foam is used for the second material.
工業用ロールは、さらに、有利には、センサ供給手段を有しており、該センサ供給手段に、光ファイバセンサ内に光を発射する広帯域光源が設けられており、ファイバブラッグセンサのブラッグ格子において反射されたファイバブラッグセンサからの光を導出するためのカップラが設けられており、ファイバブラッグセンサから導出された光を波長に応じて電気測定信号に変換するためのスペクトルセンサが設けられており、電気測定信号を処理するための信号処理手段が設けられており、処理された測定信号を伝送するための伝送手段が設けられている。センサ供給手段は、側面において、ロールの周面の縁部領域に配置されている。センサ供給手段の光学部品は、個々の光学部品に作用する遠心力の拡散する成分の効果が最小限に抑えられるように、ロールコアの円筒状のセクションの側面に配置されている。 The industrial roll further advantageously comprises sensor supply means, the sensor supply means being provided with a broadband light source for emitting light into the fiber optic sensor, in the Bragg grating of the fiber Bragg sensor. A coupler for deriving light from the reflected fiber Bragg sensor is provided, and a spectrum sensor for converting light derived from the fiber Bragg sensor into an electrical measurement signal according to the wavelength is provided, A signal processing means for processing the electrical measurement signal is provided, and a transmission means for transmitting the processed measurement signal is provided. The sensor supply means is disposed on the side surface in the edge region of the peripheral surface of the roll. The optical components of the sensor supply means are arranged on the side of the cylindrical section of the roll core so that the effect of the diffusing component of the centrifugal force acting on the individual optical components is minimized.
１つのファイバのみで様々な異なる位置での測定を可能にするために、少なくとも１つのファイバブラッグセンサが、様々な異なる格子スペースを備える２つ以上のブラッグ格子を有している。これは、信号の波長によって、測定信号を発生したブラッグ格子を特定することを許容する。 In order to allow measurements at various different positions with only one fiber, at least one fiber Bragg sensor has two or more Bragg gratings with various different grating spaces. This allows the Bragg grating that generated the measurement signal to be identified by the wavelength of the signal.
１つのファイバにおいて識別可能な測定箇所の数をさらに増大するために、ブラッグ格子を含まない光ファイバ導波路セクションによって互いに分離されたブラッグ格子のグループが設けられており、１つのブラッグ格子のグループにおけるブラッグ格子は、それぞれ異なる格子スペースを有しており、ブラッグ格子の２つのグループを分離している光ファイバ導波路セクションの長さは、ブラッグ格子の別のグループにおいて反射された光の、時間分離された登録を可能にするために、十分に長くなっている。この場合、ブラッグ格子の１つのグループにおけるブラッグ格子の格子スペースは、ブラッグ格子の別のグループにおけるブラッグ格子の格子スペースに対応している。 In order to further increase the number of identifiable measurement points in one fiber, a group of Bragg gratings separated from each other by an optical fiber waveguide section that does not include a Bragg grating is provided. Each Bragg grating has a different grating space and the length of the fiber optic waveguide section separating the two groups of Bragg gratings is the time separation of the light reflected in another group of Bragg gratings. Is long enough to allow registered registrations. In this case, the lattice space of the Bragg grating in one group of Bragg gratings corresponds to the lattice space of the Bragg grating in another group of Bragg gratings.
少なくとも１つの光ファイバセンサが、実質的にロールの回転対称軸線に対して平行に、前記ロールカバーに及び／又は該ロールカバーと前記ロールコアとの間に埋設されていることにより、ファイバブラッグセンサは、ロールカバーの接線方向伸びによって影響されず、これにより、工業用ロールの半径方向のニップ力に直接に関連した測定信号を提供する。間の"遅れ"セクションによって分離された多数のブラッグ格子グループを備えたファイバブラッグセンサを提供するために、ブラッグ格子のグループを含むファイバブラッグセンサのセクションは、有利には、ロールの回転対称軸線に対して平行に延びており、ブラッグ格子の２つのグループを分離しているファイバブラッグセンサのセクションは、好適には、ロールの回転対称軸線を中心とする実質的な螺旋に沿って延びている。慕って、多数のブラッグ格子を、"遅れ"セクションがブラッグ格子の間の増大した距離を生ずることなく、工業用ロールの回転軸線に対して平行なラインに配置することができる。 The at least one optical fiber sensor is embedded in the roll cover and / or between the roll cover and the roll core, substantially parallel to the rotational symmetry axis of the roll, so that the fiber Bragg sensor is Unaffected by the tangential elongation of the roll cover, thereby providing a measurement signal directly related to the radial nip force of the industrial roll. In order to provide a fiber Bragg sensor with multiple Bragg grating groups separated by a “lag” section between, the section of the fiber Bragg sensor, which includes a group of Bragg gratings, is advantageously on the rotational symmetry axis of the roll. The section of the fiber Bragg sensor that extends parallel to and separates the two groups of Bragg gratings preferably extends along a substantial helix about the rotational symmetry axis of the roll. Thus, a large number of Bragg gratings can be placed in a line parallel to the axis of rotation of the industrial roll without the "lagging" section creating an increased distance between the Bragg gratings.
少なくとも１つの光ファイバセンサが、実質的にロールの回転対称軸線を中心とする螺旋に沿って、ロールカバーに及び／又は該ロールカバーとロールコアとの間に埋設されていることにより、ニップセクションにおけるロールカバーのフープひずみを決定することができる。 At least one fiber optic sensor is embedded in the roll cover and / or between the roll cover and the roll core along a spiral substantially centered about the rotational symmetry axis of the roll, thereby The hoop strain of the roll cover can be determined.
ファイバに加えられる引張荷重を最小限にするために、少なくとも１つの光ファイバセンサは、少なくとも１つのファイバブラッグ格子がロールの周方向でみて１０°〜８０°の角度、好適にはロールの周方向でみて４５°の角度で配置されるように、ロールカバーに及び／又は該ロールカバーとロールコアとの間に埋設されている。 In order to minimize the tensile load applied to the fiber, the at least one fiber optic sensor has an angle between 10 ° and 80 °, preferably in the circumferential direction of the roll, when the at least one fiber Bragg grating is viewed in the circumferential direction of the roll. Therefore, it is embedded in the roll cover and / or between the roll cover and the roll core so as to be arranged at an angle of 45 °.
有利には、ロールの回転対称軸線を中心とする実質的な螺旋に沿って延びたファイバブラッグセンサのセクションに配置されたブラッグ格子のうちの少なくとも１つは、スタッドエレメントに結合されていない。 Advantageously, at least one of the Bragg gratings arranged in a section of the fiber Bragg sensor extending along a substantial helix about the rotational symmetry axis of the roll is not coupled to the stud element.
好適な実施の形態において、ロールカバーは、５ｋＮ／ｍｍ2〜１０ｋＮ／ｍｍ2のヤング係数を有する。
In a preferred embodiment, the roll cover has a Young's modulus of 5 kN /
発明の他の特徴は、請求の範囲及び添付の図面とともに、発明の実施の形態の説明から明らかになるであろう。発明の実施の形態は、１つの特徴又は複数の特徴を組み合わせて実施していてよい。以下の説明では、本発明は、特別な実施の形態に関連して、同封された図面を用いてより詳細に説明される。 Other features of the invention will become apparent from the description of the embodiments of the invention, along with the claims and the accompanying drawings. Embodiments of the invention may be implemented with a single feature or a combination of features. In the following description, the present invention will be described in more detail with reference to the enclosed drawings in connection with specific embodiments.
光学ロールカバーセンサを備えた工業用ロール２０の概略図が図１ａに示されている。工業用ロール２０は、実質的に円筒状のボディを有するロールコア２１と、ボディの主要部分を被覆するロールカバー６とを有している。ロールコア２１は、金属又はファイバ補強プラスチック、又は工業用ロールコア２１のために使用されたあらゆるその他の適切な材料から形成されていてよい。ロールコア２１のボディは、外面及び内部管路を有するシェルが具備されていてよく、ロールカバー６は、外面を全体に亘って又は縁部を除いて被覆している。ロールカバー６のために、ゴム、ポリウレタン、ファイバ強化プラスチックのあらゆる一般に使用される材料を使用することができる。
A schematic diagram of an
ロールカバー６はさらに、埋設されたファイバブラッグセンサ１０を有しており、このファイバブラッグセンサ１０は、工業用ロール２０の半径方向でみた、ファイバ１０の長手方向に対して横方向の力を測定する。ファイバブラッグセンサ１０は、以下により詳細に説明される１つ又は２つ以上のスタッドエレメント４を有しており、このスタッドエレメント４は、圧縮された際にファイバ１０に配置されたブラッグ格子を伸長させる（又は択一的に圧縮させる）。
The roll cover 6 further has an embedded
ロール２０の少なくとも一方の側面には、センサ供給手段２２を取り付けるための支持体が設けられている。図１ａ〜図１ｃに示された例において、ロールコア２１の側面に取り付けられたハウジング３０は、支持体を形成している。センサ供給手段２２は、ハウジング３０の凹所２３内に配置されている。本明細書で示されるセンサ供給手段２２との用語は、ファイバブラッグセンサ１０を作動させるため、センサ１０内へ光を発射するため、ファイバ光センサ１０のブラッグ格子（ブラッググレーティング）において反射された光の波長分布及び強度を決定するため、及び反射された光の特性を表す測定信号を提供するために、使用される機器をいう。センサ供給手段２２は、好適には、さらに、工業用ロール２０から離れた測定機器又は制御機器との無線データ通信を可能にするための送信機又は受信器を有している。凹所２３の側壁は好適には平坦若しくは直線的であり、工業用ロール２０の回転軸線８に対して接線方向に延びている。個々の構成部材、特に光学部品が拡散する遠心力を受けないように、センサ供給手段２２は好適にはこれらの側壁に取り付けられている。センサ供給手段２２は図１ａ〜図１ｃには単一のモジュールとして示されているが、センサ供給手段２２は複数のモジュールを含んでいてもよく、それぞれのモジュールは、側壁の異なる面に取り付けられていてよい。しかしながら、１つ又は２つ以上のモジュールが側壁の内の１つを供給していてもよい。質量の平衡状態が損なわれるを回避するために、凹所２３の側壁は好適には正多角形を形成している。
A support for attaching the sensor supply means 22 is provided on at least one side surface of the
図１ｂに示された、センサを有する工業用ロール２０は、ファイバブラッグセンサ１０がロールカバー６に配置されている状態が、図１ａに示された典型的な実施の形態とは異なる。図１ａの典型的な実施の形態によるファイバブラッグセンサは、ロール２０の回転軸線８に対して平行に延びているのに対し、図１ｂのファイバブラッグセンサ１０は、ロールの円周の一部のみに亘って延びた、回転軸線８を中心とする螺旋を成している。いずれの図面にも示されていない異なる実施の形態においては、ファイバセンサ１０が成す螺旋は、全周に亘って延びているか、又は軸線８を中心として複数回巻き付けられている。さらに、ファイバ光センサ１０は、幾つかのブランク測定セクション、すなわちスタッドエレメント４が取り付けられていないブラッグ格子を有していてよい。これらのブランク測定セクションが、ロール２０の回転軸線８に対して周方向成分を有するように延びていると、例えばフープ応力による接線方向の力を測定することもできる。
The
図１ｃには、図１ａ及び図１ｂの２つのファイバ配置の組合せが示されている。この構成は、以下でより詳細に説明されるような、組み合わされた波長多重式及び時間多重式のために適応されたファイバ光センサのための好適な実施形態である。両方の多重式技術を可能にするために、横方向力変換器（スタッドエレメント４によって形成されている）、ひいてはこの横方向力変換器によって作用されるブラッグ格子は、２つ又は３つ以上のグループ１２に集積されており、ブラッグ格子を含まないファイバセンサ１０のセクション１１によって分離されている。セクション１１は、ファイバの遠い方の側に配置されたグループから発せられる、反射された光信号を遅延させ、これにより、異なるグループからの信号を異なる時間に提供する。
FIG. 1c shows a combination of the two fiber arrangements of FIGS. 1a and 1b. This configuration is a preferred embodiment for a fiber optic sensor adapted for combined wavelength multiplexing and time multiplexing, as described in more detail below. In order to allow both multiplex techniques, the lateral force transducer (formed by the stud element 4) and thus the Bragg grating acted on by this lateral force transducer can be two or more Integrated in
図１ａ、図１ｂ及び図１ｃとは異なり、２つ以上のファイバブラッグセンサ１０がロールカバー６において使用されてよく、センサ１０のうちの１つ又は全てが、図示のようにロールカバー６に埋設されるのではなく、ロールカバー６とロールコア２１との間に配置されていてもよい。図示のように光ファイバ１０をロールコア２１からセンサ供給手段２２へ案内することは、必須ではない。ファイバリードをロールコア２１の溝に配置することは、多くの可能な選択的態様の内の１つである。
Unlike FIGS. 1 a, 1 b and 1 c, more than one
図２は、ファイバの長手方向に対して横方向の力を測定するためのファイバブラッグセンサ１０の第１の典型的な実施の形態を示している。ファイバブラッグセンサ１０は、ファイバコア２と、ファイバコア２に刻設されたブラッグ格子３とを備えた光ファイバ１を有している。ファイバコア２は、全反射によりファイバコア内に限定された光伝播を可能にするため、ファイバ被覆材、すなわちファイバコアを包囲する光ファイバの部分よりも高い屈折率を有している。ファイバ１はさらに保護被膜（図示せず）を有していてよく、この保護被膜は、通常、頑丈な樹脂緩衝層によって形成されており、この保護被膜はさらにプラスチック外套層によって包囲されていてよい。個々の保護被膜は、ファイバの機械的抵抗を高めるために使用されてよいが、本発明によるファイバブラッグセンサのためには必ずしも必要ではない。被覆材への被膜の確実な付着は、保護被膜を有するブラッグセンサ１が使用される場合には必要である。
FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of a
図２のファイバブラッグセンサ１０は、さらに、ブラッグ格子３が配置されている領域において光ファイバ１を包囲するスタッドエレメント４を有している。例示された実施の形態において、スタッドエレメント４は、１つの部分４ａから形成されている。図示されたスタッドエレメント４は、球状であり、ブラッグ光ファイバ１は回転対称軸線に沿ってスタッドエレメント４を貫通している。スタッドエレメント４ａは弾性材料から形成されている。本明細書において使用される弾性材料という用語は、応力を受けた際に可逆的に変形することができる材料をいう。これは、弾性材料から形成された物体が応力を受けた時に変形し、応力が除去された時に元の形状に戻ることを意味する。個々の材料は、柔軟な材料とも呼ばれる。物体を可逆的に変形させることができる範囲が、物体寸法の数パーセント又はそれよりも著しく大きい場合、高い柔軟性が与えられている。弾性率の大きな材料は、７００パーセントまで物体の可逆的な伸長を許容する。
The
スタッド構成部分４ａのために使用される材料はさらに、技術的意味において圧縮性ではなく、すなわち、スタッド構成部分４ａの合計体積は、変形を受けても実質的に変化しない。従って、１つの構成部分４ａのみから形成された、図２の球形のスタッドエレメント４が、ファイバ１の長手方向に対して横方向に作用する力によって圧縮された場合、球形は、より偏平な形状となり、スタッドエレメント４の寸法がファイバ１の長手方向に拡大される。ファイバ１の長手方向に沿ったスタッドエレメント４の延長は、スタッドエレメント４とファイバ１の表面との間に形成された接着剤接触により、スタッドエレメント４内に配置されたファイバセクションに伝達される。対応するひずみは、ファイバブラッグ格子の延長を生じ、より幅広の格子スペースを形成する。拡大された格子スペースは、ブラッグ格子３において反射される光の波長の変化をさらに生ずる。
Furthermore, the material used for the stud component 4a is not compressible in the technical sense, i.e. the total volume of the stud component 4a does not change substantially upon deformation. Thus, when the
スタッド構成部分４ａを製造するために適した材料は、例えば、エラストマ、特にシリコンエラストマ、例えばシリコーンゴムである。しかしながら、上に説明した意味での十分な弾性を有するあらゆる材料、例えば、不飽和ゴム又は飽和ゴム、熱可塑性エラストマ、熱可塑性加硫ゴム、熱可塑性ポリウレタン、熱可塑性オレフィン、レジリン、エラスチン、ポリ加硫物ゴムが使用されてよい。 Suitable materials for producing the stud component 4a are, for example, elastomers, in particular silicone elastomers, for example silicone rubber. However, any material having sufficient elasticity in the sense described above, for example, unsaturated or saturated rubber, thermoplastic elastomer, thermoplastic vulcanizate, thermoplastic polyurethane, thermoplastic olefin, resinin, elastin, polyaddition. Sulfur rubber may be used.
図２に示されたスタッド構成部分４ａは球形であるが、この形状に限定されない。スタッドエレメント４が図示のようにファイバ１を包囲していることも必要ではない。なぜならば、一方の側においてだけファイバ１に結合されたスタッドエレメント４も、スタッドエレメント４の伸長又は収縮をファイバ１の個々のブラッグ格子３セクションに伝達することができるからである。このための唯一の前提条件は、スタッドエレメント４とファイバ１の外面との間の非嵌合式な結合、すなわち、力の伝達を許容する、ファイバ周面とスタッド部材４ａの表面との部分領域の間の結合、である。ファイバ１が物体の硬い表面に支持されるか又は化合物材料又は物体の硬い層と柔軟な層との間の境界に支持される場合には、ファイバ１におけるスタッドエレメント４の片側配置が好ましい。
The stud component 4a shown in FIG. 2 is spherical, but is not limited to this shape. It is not necessary for the
しかしながら、ファイバブラッグセンサ１０が柔軟な材料内に埋設されて使用される場合、図示された球形又は実質的にへん長回だ円体（たばこ形）又は偏平回転だ円体（ディスク形）に似た形状、二重円錐、円板、円筒、樽形、又は同様の回転体形状が好適である。不規則な形状の回転体形状の例は、例えばスタッド構成部分４ａ及びスタッド構成部分４ｂのために図５に示されている。
However, when the
ファイバブラッグセンサ１０が等方性圧力測定のために使用される用途があってもよい。この場合、圧力は全ての側から等しくスタッド構成部分４ａに作用し、スタッド構成部分４ａは、弾性であるだけで圧縮性ではない場合に実際には変形させられない。個々の圧力測定を許容するためには、従って、スタッド部分４ａは、弾性及び圧縮性特性を備える材料から形成される。例えば発泡ポリマ等の圧縮性材料を使用する場合、増大する周囲圧力はスタッド部材４ａの寸法を減じ、この寸法の減少は、ファイバブラッグ格子３に伝達され、ブラッグ格子３において反射された波長を監視することによって圧力測定を可能にする。
There may be applications in which the
圧縮係数が個々の用途に適応させられた弾性スタッドエレメント４を使用することにより、ファイバブラッグ格子の長手方向に対して横方向に作用する力の測定と、均一な周囲圧力の測定とが可能になる。従って、圧縮性スタッドエレメント４を備えるファイバブラッグセンサ１０を、抄紙機において使用されるロールカバー６に埋設された圧力センサとして使用することができる。図２に示した形状を有するファイバブラッグセンサ１０の個々の埋設は、図７に示されている。長手方向に対して横方向の圧力のみが検出される場合、ファイバ１を包囲するスタッドエレメント４の球形はむしろ、好適には力に曝されるファイバ１の側に配置された、ブロック形状によって置き換えられる。
By using
上で説明されたファイバブラッグセンサ１０において使用されるスタッドエレメント４は、衝撃をファイバ１の長手方向に方向転換する力及び／又は圧力変換エレメントとして見なされる。スタッドエレメント４は、接着剤又はその他の結合技術を用いることによってファイバ１に非嵌合式に結合された個々のエレメントとして形成されていてよいが、光ファイバ１自体の一体の部分として、例えば、被膜の頑丈な樹脂緩衝層内に形成された、保護被膜の膨張部として形成されていてもよい。
The
スタッド部材４ａを製造するために好適な材料のヤング係数は、好適には１０ｋＮ／ｍｍ2より低い。ヤング係数が、使用される材料の弾性又は柔軟性を特徴付けるためには適用可能でない場合、同等の変形を与える正割弾性係数によって特徴付けられる材料が使用されてよい。 The Young's modulus of a material suitable for manufacturing the stud member 4a is preferably lower than 10 kN / mm 2 . If Young's modulus is not applicable to characterize the elasticity or flexibility of the material used, a material characterized by a secant modulus giving equivalent deformation may be used.
図３は、図２の実施の形態の変更された態様を示している。スタッドエレメント４はこの実施の態様においては２つの部材、つまり第１の内側部材４ａ及び第２の外側部材４ｂから成り、内側部材４ａが内側に配置されている。内側部材４ａは、好適には、せいぜい最小限の圧縮性の弾性材料から形成されている。しかしながら、外側部材４ｂは、高い圧縮性の弾性材料から形成されている。上に示したように、物体は、本明細書の文脈において、物体が曝されている圧力の変化に対応して物体の体積が変化する場合、圧縮性であると見なされる。材料圧縮性を、材料から形成された物体を均一に圧縮するときの、圧力変化に応答した物体の相対的な体積変化を示す体積弾性率によって特徴付けることができる。第２の部材４ｂを製造するために適した材料は、例えば、柔軟な発泡ポリマ、発泡プラスチック又はその他の柔軟な発泡材である。
FIG. 3 shows a modified aspect of the embodiment of FIG. In this embodiment, the
図３に示されたファイバブラッグセンサ１０の実施の形態は、例えば図８に示されたような抄紙機のためのロールカバー等の弾性材料に埋設されるのに特に適している。埋設されたセンサ１０の測定セクション、すなわちファイバブラッグ格子３に又はその周囲にスタッドエレメント４を有するセクションを備えた、ロールカバーの部分が、２つの協働するロールのニップセクション内に配置されると、スタッドエレメント４の外面は均一に加圧される。圧力を受けることによりロールカバー６の体積変化がスタッドエレメント４に伝達されると、スタッドエレメント４の内側部材４ａは圧力により扁平化され、ファイバ１により近い部材４ａの部分が、圧縮可能な外側部材４ｂによって前に保たれていた空間に突入する。内側部材４ａの赤道周囲長は、扁平化されると増大するので、ファイバブラッ格子３は歪みを受ける。もちろん、９０度回転させられた構造を有し、回転楕円体４の長軸が光ファイバ１の長手方向に対して垂直に向けられた、へん長回だ円体を形成した、スタッドエレメントを使用することも可能である。この場合、ロールカバー６が加圧された時、ファイバの格子セクション３は延長されるのではなく、収縮させられる。
The embodiment of the
図３に示されたスタッドエレメント４の回転楕円体形状は、使用することができる多くの可能な形状のうちの１つでしかない。図４に示されたスタッドエレメント４の非圧縮性弾性内側部材４ａは、円筒状であり、対面したそれぞれの基底部を有する、２つの円錐形の圧縮性の外側部材４ｂの間に挟持されている。このジオメトリは、周縁における内側部材４ａの変形を最小限にし、ファイバ１への結合部において変形を最大化する。多くの場合、円錐台形の外側部材４ｂを用いることによって所望の機能は既に十分に達成される。図５は、圧力変化を、ファイバブラッグ格子３に誘発されたひずみの変化に非線形に変換する、スタッドエレメントのジオメトリの例を示している。図５に記載のスタッドエレメント４を備えたファイバブラッグセンサ１０がロールカバー６に埋設されている場合、ファイバ１の測定セクション３に課せられるひずみを計算する場合に２つの変形特性が考慮されなければならない。この２つの変形特性とは、２つのトロイド状サイド構造の間のピッチの変化と、ファイバ１の周囲の中央部分の延長又は圧縮とである。低い圧力場合は、トロイド状セクションは主に側方へ押し付けられ、より高い圧力場合は、内側スタッドエレメント４ａはファイバ１の近くの領域において伸長される。
The spheroid shape of the
スタッドエレメント４が弾性で非圧縮性の材料から形成された、図２に示された実施の態様によるファイバブラッグセンサ１０をロールカバー６に埋設する場合、埋設は、好適には、図６に示されたように行われる。スタッドエレメント４は、埋設する材料６、特にロールカバー６に形成されたキャビティ５内に配置されており、スタッドエレメント４は、キャビティ５の２つの反対の側に接触している。埋設材料６が加圧されると、圧力は接触面を介してスタッドエレメント４に伝達され、ファイバ１の近くにおけるスタッドエレメント４の円周が増大してファイバブラッグ格子３にひずみを生じさせるように、スタッドエレメント４を変形させる。
When the
ロールカバー６内に存在する圧力の絶対値ではなく、圧力の個々のダイナミックスが関係する場合、図７の構成が、非圧縮性の弾性材料から形成されたスタッドエレメント４とともに使用されてよい。静的な圧力が、ロールカバーのニップセクション内の等方性分布を有するので、圧力波面はスタッドエレメント４の測定可能な変形のみを生じる。上述のような埋設された測定セクションを、上述のような他のものと組み合わせることにより、圧力ダイナミックスと、ニップ内のニップ圧力分布とに関連して、ロールカバー６のニップセクションに存在する圧力分布の監視が可能になる。
If the individual dynamics of pressure are concerned rather than the absolute value of the pressure present in the roll cover 6, the configuration of FIG. 7 may be used with a
２つ以上のブラッグ格子３を備えた光ファイバセンサ１０が使用される場合、ブラッグ格子３は、好適には、個々の格子スペースが互いに異なる。従って、測定信号の波長範囲は、信号が発生させられた格子３の識別を許容する。ブラッグ格子３において反射された光の波長は、このブラッグ格子に存在する歪みに応じて変化するので、１つのブラッグ格子３と別のブラッグ格子３との格子スペースの変化は、格子における許容可能な最大ひずみによって生ぜしめられる、より高い波長シフトを生じなければならない。
When an
スタッドエレメント４は、必ずしもファイバセンサ１０のブラッグ格子セクションに直接に配置されず、各ブラッグ格子の側方に１対の圧力変換スタッドエレメント４が位置するように、間接的に配置される。従って、ファイバ領域におけるスタッドエレメント４の延長は、上述の同じ物理的効果とともに、スタッドエレメント４の各対の間に配置されたブラッグ格子の圧縮を生じる。
The
図９は、上又は下で説明される実施の形態の内の１つによる２つのファイバブラッグセンサ１０を用いる光ファイバ測定システム１００の概略図を示している。図示されたそれぞれのファイバ１は、楕円４によって示された４つの測定セクションのみを備えているが、ファイバ１に設けられる測定セクションの数及び使用されるファイバ１の合計数は、与えられた測定目的に従って決定され、例示された実施の形態に限定されない。
FIG. 9 shows a schematic diagram of a fiber
図９の上側部分は、光ファイバ測定システム１００の原理的な構成を示しており、図９の下側部分は、システム１００において使用されるスペクトルセンサ１０５の概略図を示している。
The upper part of FIG. 9 shows the principle configuration of the fiber
例えばスーパールミネセント発光ダイオード（ＳＬＥＤ）等の広帯域光源１０４は、所定の波長範囲、例えば約８００ｎｍ〜約８５８ｎｍの範囲の光を発光する。光は、光ファイバ出力部１０１と、後続の光ファイバカップラ１０３とを介して、ロールカバー材料６内に埋設された１つ又は２つ以上の光ファイバセンサ１０によって形成された光ファイバセンサ配列に伝播される。光センサ１０は、好適には、ブラッグ格子３が刻まれたシングルモード光ファイバ導波路１によって形成されており、スタッドエレメント４が、ブラッグ格子３を提供するそれぞれのファイバセクションに結合されている。測定セクションの平均的な格子スペースは、波長多重式測定を可能にするために、互いに異なっている。
For example, a
１つのファイバ１内の測定セクションの数を増加させるために、ブラッグ格子３は、例えば図１ｃに示されているようにグループ１２に集合させられている。グループ１２において、それぞれのブラッグ格子３のために、異なる格子スペースが用いられている。異なるグループ１２において、等しい格子スペースが用いられている。ブラッグ格子３を含まない光ファイバセクション１１は、グループを互いに分離している。セクション１１は、光源及びスペクトルセンサ１０５に対するブラッグ格子３のグループの異なる距離に伴う異なる伝播時間によって、光測定信号の明確な識別を可能にするために、大きな長さを有している。それぞれの光ファイバセンサ１０を用いる光ファイバ測定システム１０は、波長多重及び時間多重組合せシステムと呼ばれる。格子３の２つのグループ１２の間の光ファイバ１の長さは、グループの寸法に対して長くなければならないので、これらの中間セクション１１は好適には、ピッチの小さな螺旋配列でロールカバー６に配置されているのに対し、ファイバ格子グループセクション１２は好適には、多かれ少なかれロール軸線８に対して平行にロールカバー６の長さに沿って配置されている。
In order to increase the number of measurement sections in one fiber 1, the Bragg grating 3 is assembled into a
光ファイバセンサ１０におけるブラッグ格子３の長さは、約２〜約１０ｍｍであり、約６ｍｍのブラッグ格子３の平均長さが好適である。格子３の延長した長さにより、主軸線がファイバ軸線と同軸になった楕円形のスタッドエレメント４が使用されている。スタッドエレメント４と、スタッドエレメント４によって包囲されたブラッグ格子３とは、光ファイバセンサ１０の個々の測定セクションを形成している。様々なブラッグ格子３において反射された光は、カップリング手段１０３において光ファイバセンサ１０から出て、光ファイバ導波路１０２へ進入し、この光ファイバ導波路１０２は、光測定信号を波長に応じて電気信号に変換するためのスペクトルセンサとして働くポリクロメータ１０５に通じている。次いで、スペクトル情報を含む電気測定信号は、信号処理手段１０６へ伝送され、この信号処理手段１０６は、一部はポリクロメータ１０５の位置に、一部はポリクロメータから離れて配置されていてよい。離れた部分は、通常、光ファイバセンサ１０を支持しているロール２０には存在しないので、データは、好適には、無線リンクによって、信号処理手段１０６の２つ又はおそらく３つ以上の部分の間で交換される。
The length of the Bragg grating 3 in the
図９の下側部分は、スペクトルセンサとして使用されてよいポリクロメータ１０５の基本的構成を示している。光は、光ファイバ導波路１０２の末端に設けられたカップリングエレメント１０７の出口において進入開口１０８を介して装置に進入する。発せられた光ビーム１１１は、広がり、曲面を有する反射格子１０９を照明する。格子の曲率は、光ビーム１１１のそれぞれのスペクトル成分１１２，１１３を、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）等の感光性手段１１０の異なる位置に集束させ、個々の発生位置に従って電気信号を出力する。
The lower part of FIG. 9 shows the basic configuration of a
スペクトル検出手段１０５の近くに配置されたプロセシング手段１０６の部分から遠隔部へ伝達される測定データの量を減じるために、アンダーサンプリングが用いられる。アンダーサンプリングは、それぞれの測定信号から一度に一個又は数個のサンプルだけが取り出されることを意味する。サンプリングは、さらに信号が発生するたびに繰り返されるが、サンプリング位置は僅かにシフトされる。サンプリング速度（すなわちサンプリングが繰り返される周波数）と比較して、信号変化が極めて小さいとするならば、アンダーサンプリングされたデータから測定信号を十分な精度で復元することができる。 Undersampling is used to reduce the amount of measurement data transmitted from the portion of the processing means 106 located near the spectrum detection means 105 to the remote portion. Undersampling means that only one or a few samples are taken at a time from each measurement signal. Sampling is repeated each time a further signal is generated, but the sampling position is shifted slightly. If the signal change is very small compared to the sampling rate (ie the frequency at which the sampling is repeated), the measurement signal can be recovered with sufficient accuracy from the undersampled data.
この場合、測定信号は、ニップセクションを通過するロールカバー６における圧力に関連している。例えばロール破裂等の特別な故障を除き、ニップにおける圧力分布は、極めてゆっくりとしか変化しない。従って、ロールカバー６に配置されたファイバブラッグセンサ１０によって得られた測定信号は、ロール２０のその後の回転の場合も同じ又はほとんと同じである。これは、ロールの一回転ごとに一回又は数回だけ、ただし一回の測定から次の測定へ僅かにシフトされた回転角で、圧力をサンプリングするための可能性を提供する。ポイントごとの測定は、圧力分布表示の精度を損なうことなく、測定速度の著しい減少を提供する。
In this case, the measurement signal is related to the pressure at the roll cover 6 passing through the nip section. Except for special failures such as roll rupture, the pressure distribution in the nip changes only very slowly. Accordingly, the measurement signal obtained by the
光源１０４と、導波路１０１及び１０２と、カップラ１０３と、スペクトルセンサ１０５と、信号処理手段１０６のローカルモジュールとは、好適には図１ａ〜図１ｃに示されたようにロールカバーセンサ装置１００を支持するロール２０の側部に配置されたハウジング３０内の凹所２３に取り付けられているものとして上述されている。ハウジング３０は好適にはロールコア２１に取外し可能に取り付けられている。伴われる遠心力により、光源は、光をロール回転軸線８に対して半径方向に発光するように向けられている。従って、光源の発光領域とファイバ１０１との間の距離は、ロール２０の回転速度に関連してのみ変化し、光源１０４に対する光ファイバ１０１の横方向調節に関しては変化せず、これにより、光ファイバ導波路への光の確実なカップリングを保証する。
The
ポリクロメータ１０５は、好適には、ロール２０の回転に対して接線方向に延びた平面に取り付けられており、光学系の全ての構成要素が実質的におねじ力に曝される。光学構成要素はこれにより拡散する力にさらされないので、ポリクロメータ１０５の光学経路はロール回転によって影響されない。（回転中心から僅かにより大きな距離に配置されている）ポリクロメータのベースプレートのエッジに近い、場合によっては存在する拡散力ベクトルは、ベースプレートと、ベースプレートの中央領域において僅かに薄く又は柔軟に形成された回転するハウジングとの下方に配置された干渉材料を用いることによって、補償される。
The
光ファイバ測定システム１００の異なる実施の形態において、ファイバブラッグ格子センサ１０は、横方向の力を変換するためのスタッドエレメント４を備えずに用いられる。個々に変更された光ファイバ測定システム１００が図１０に示されている。ブラッグ格子３を有するファイバ１は、蛇行した配列でロールカバー６に埋設されており、横方向のたわみは、ロールの半径方向、すなわち回転軸線８に対して垂直に向けられる。格子３は、配列の２つの局所的末端の間に配置されている。従って、それぞれのブラッグ格子３の長手方向軸線は、ロールカバー６の半径方向に向けられた成分を有しており、ひいては２つの協働するロール２０のニップセクションにおけるロールカバー変形の半径方向成分を測定するように適応されている。蛇行した埋設は、ロールカバー６が複数の層から製造されている場合には容易に形成することができる。まず、ロールコア２１のシェル上に直接に支持される内側層が形成される。第２の層は、点線状の線に沿って配置された一連の穴を有している。次いで、ブラッグファイバ１が、線に沿って設けられた穴に引き通され、所望の蛇行した構成を提供する。ファイバ１を支持するこの中央層は次いで内側ロールカバー層上に被せられ、別の又は最後の層で被覆される。図１０に示された実施の形態とは異なり、蛇行した撓みの一部は、接線方向の力を測定するためにロール２０に対して接線方向に向けられてよい。
In different embodiments of the fiber
あいにく、ブラッグ格子３の格子スペースは、ひずみだけでなく、温度変化をも受ける。ロールカバー６における温度変化を保証するために、図９に示された２つのファイバ光センサ１０のうちの１つは、好適には、スタッドエレメント４が取り付けられていないブラッグ格子ファイバ１によって形成されており、ファイバ１は、ロール軸線に対して平行に、ロールカバー６の長さに沿って配置されている。従ってこのファイバ１の格子スペースはロールカバー変形によって影響されないので、格子スペースは温度変化だけに感応する。上述の光ファイバセンサ１０のうちの１つから得られた測定信号を、このセンサファイバ１から得られた基準測定信号と比較することにより、測定信号の温度補償が行われる。
Unfortunately, the lattice space of the Bragg grating 3 is subject not only to strain but also to temperature changes. In order to guarantee a temperature change in the roll cover 6, one of the two
異なる手段において、温度補償は、ロールカバー６内の温度条件がロール２０の一回転中に変化しないという仮定のもとに行うことができる。特にニップにおける圧力極値のピーク高さは、唯一の測定対象であり、温度監視は、温度基準信号としての、瞬間的なニップセクションの外部に配置されたブラッグ格子３からの測定信号を用いて達成することができる。
In a different way, temperature compensation can be performed on the assumption that the temperature conditions in the roll cover 6 do not change during one rotation of the
１ ファイバ、 ２ ファイバコア、 ３ ブラッグ格子、 ４ スタッドエレメント、 ６ ロールカバー、 ８ 回転軸線、 １０ ファイバブラッグセンサ、 １１ セクション、 １２ グループ、 ２０ 工業用ロール、 ２１ ロールコア、 ２２ センサ供給手段、 ２３ 凹所、 ３０ ハウジング、 １００ システム、 １０１ 光ファイバ出力部、 １０３ 光ファイバカップラ、 １０４ 広帯域光源、 １０５ スペクトルセンサ、 １１０ 感光性手段、 １１１ 光ビーム、 １１２，１１３ スペクトル成分 1 fiber, 2 fiber core, 3 Bragg grating, 4 stud element, 6 roll cover, 8 rotation axis, 10 fiber Bragg sensor, 11 section, 12 group, 20 industrial roll, 21 roll core, 22 sensor supply means, 23 recess , 30 housing, 100 system, 101 optical fiber output, 103 optical fiber coupler, 104 broadband light source, 105 spectral sensor, 110 photosensitive means, 111 light beam, 112, 113 spectral components
Claims (28)
実質的に円筒状のセクションを有するロールコア（２１）が設けられており、
少なくとも部分的に前記ロールコア（２１）の円筒状のセクションを被覆するロールカバー（６）が設けられており、
該ロールカバー（６）に埋設された及び／又は前記ロールカバー（６）とロールコア（２１）との間に配置された１つ又は２つ以上の光ファイバセンサ（１０）が設けられており、
該１つ又は２つ以上の光ファイバセンサ（１０）が、光ファイバ導波路（１）とスタッドエレメント（４）とを有する横方向力変換ファイバブラッグセンサ（１０）によって形成された少なくとも１つの測定セクションを有しており、前記光ファイバ導波路（１）が、ファイバコア（２）とファイバ被覆材とを有しており、前記スタッドエレメント（４）が、光ファイバ導波路（１）の周面の部分的な領域に非嵌合式に結合されており、
光ファイバ導波路（１）は、ファイバコア（２）に配置されたブラッグ格子（３）を有しており、
ファイバ（１）の長手方向でみた前記部分的な領域の寸法が、ブラッグ格子（３）の格子スペースよりも長く、
前記部分的な領域が、ブラッグ格子（３）を収容する光ファイバ導波路（１）のセクションに配置されており、
前記スタッドエレメント（４）の少なくとも第１の構成部分（４ａ）が、１０ｋＮ／ｍｍ2未満のヤング係数を有する第１の材料から形成されていることを特徴とする、工業用ロール。 In industrial rolls,
A roll core (21) having a substantially cylindrical section is provided;
A roll cover (6) is provided that at least partially covers the cylindrical section of the roll core (21);
One or more optical fiber sensors (10) embedded in the roll cover (6) and / or arranged between the roll cover (6) and the roll core (21) are provided,
At least one measurement wherein the one or more optical fiber sensors (10) are formed by a lateral force conversion fiber Bragg sensor (10) having an optical fiber waveguide (1) and a stud element (4). The optical fiber waveguide (1) has a fiber core (2) and a fiber coating material, and the stud element (4) has a periphery of the optical fiber waveguide (1). Non-fitting to a partial area of the surface,
The optical fiber waveguide (1) has a Bragg grating (3) arranged in the fiber core (2),
The dimension of the partial region as viewed in the longitudinal direction of the fiber (1) is longer than the grating space of the Bragg grating (3);
The partial region is disposed in a section of the optical fiber waveguide (1) containing the Bragg grating (3);
An industrial roll characterized in that at least a first component (4a) of the stud element (4) is formed from a first material having a Young's modulus of less than 10 kN / mm 2 .
光ファイバセンサ（１０）内に光を発射する広帯域光源（１０４）が設けられており、
前記ファイバブラッグセンサ（１０）のブラッグ格子（３）において反射されたファイバブラッグセンサ（１０）からの光を導出するためのカップラ（１０３）が設けられており、
ファイバブラッグセンサ（１０）から導出された光を波長に応じて電気測定信号に変換するためのスペクトルセンサ（１１０）が設けられており、
前記電気測定信号を処理するための信号処理手段（１０６）が設けられており、
処理された測定信号を伝送するための伝送手段が設けられており、
前記センサ供給手段（２２）が、ロール（２０）の周面の縁部領域において側面に配置されていることを特徴とする、請求項１から１５までのいずれか１項記載の工業用ロール。 Sensor supply means (22) is provided, and the sensor supply means (22)
A broadband light source (104) emitting light is provided in the optical fiber sensor (10),
A coupler (103) for deriving light from the fiber Bragg sensor (10) reflected by the Bragg grating (3) of the fiber Bragg sensor (10);
A spectrum sensor (110) for converting light derived from the fiber Bragg sensor (10) into an electrical measurement signal according to the wavelength is provided,
Signal processing means (106) is provided for processing the electrical measurement signal;
A transmission means for transmitting the processed measurement signal is provided;
The industrial roll according to any one of claims 1 to 15, characterized in that the sensor supply means (22) is arranged on a side surface in an edge region of the peripheral surface of the roll (20).
該ロールカバー（６）に及び／又は該ロールカバー（６）とロールコア（２１）との間に埋設された１つ又は２つ以上の光ファイバセンサ（１０）が設けられており、該１つ又は２つ以上の光ファイバセンサ（１０）が、光ファイバ導波路（１）及びスタッドエレメント（４）を有する横方向力変換ファイバブラッグセンサ（１０）によって形成されており、前記光ファイバ導波路（１）が、ファイバコア（２）とファイバ被覆材とを有しており、前記スタッドエレメント（４）が、前記光ファイバ導波路（１）の周面の部分的な領域に非嵌合式に結合されており、
光ファイバ導波路（１）が、ファイバコアに配置されたブラッグ格子（３）を有しており、
前記光ファイバ導波路（１）の長手方向でみた前記部分的な領域の寸法が、ブラッグ格子（３）の格子スペースよりも長くなっており、
前記部分的な領域が、ブラッグ格子（３）を包囲する光ファイバ導波路（１）のセクションに配置されており、
前記スタッドエレメント（４）の少なくとも第１の構成部分（４ａ）が、１０ｋＮ／ｍｍ2未満のヤング係数を有する第１の材料から形成されていることを特徴とする、ロールカバー。 In roll cover,
One or more optical fiber sensors (10) embedded in the roll cover (6) and / or between the roll cover (6) and the roll core (21) are provided. Alternatively, two or more optical fiber sensors (10) are formed by a lateral force conversion fiber Bragg sensor (10) having an optical fiber waveguide (1) and a stud element (4), and the optical fiber waveguide ( 1) has a fiber core (2) and a fiber coating, and the stud element (4) is non-fitted to a partial region of the peripheral surface of the optical fiber waveguide (1) Has been
The optical fiber waveguide (1) has a Bragg grating (3) arranged in the fiber core;
The dimension of the partial region viewed in the longitudinal direction of the optical fiber waveguide (1) is longer than the lattice space of the Bragg grating (3);
The partial region is arranged in a section of the optical fiber waveguide (1) surrounding the Bragg grating (3);
A roll cover, characterized in that at least a first component (4a) of the stud element (4) is formed from a first material having a Young's modulus of less than 10 kN / mm 2 .
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/EP2008/008050 WO2010034321A1 (en) | 2008-09-23 | 2008-09-23 | Industrial roll with optical roll cover sensor system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2012503207A true JP2012503207A (en) | 2012-02-02 |
Family
ID=40699938
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011528188A Ceased JP2012503207A (en) | 2008-09-23 | 2008-09-23 | Industrial roll with optical roll cover sensor system |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8474333B2 (en) |
| EP (1) | EP2331923B1 (en) |
| JP (1) | JP2012503207A (en) |
| CN (1) | CN102203576B (en) |
| BR (1) | BRPI0822792B1 (en) |
| WO (1) | WO2010034321A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102169504B1 (en) * | 2019-09-24 | 2020-10-23 | 한국건설기술연구원 | Apparatus for Measuring Strain of Pipe, and Method for Monitoring Leakage of Pipe Connection |
Families Citing this family (50)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0620944D0 (en) * | 2006-10-20 | 2006-11-29 | Insensys Ltd | Curvature measurement moving relative to pipe |
| EP2202472A1 (en) * | 2008-12-29 | 2010-06-30 | Ludwig-Maximilians-Universität München | Freeze dryer monitoring device |
| DE102009055034A1 (en) | 2009-12-21 | 2011-06-22 | Voith Patent GmbH, 89522 | Method for embedding sensors in roller cover of perforated roller in papermaking machine, involves providing roller core with perforated roller shell, where label is attached to roller core |
| FR2959309B1 (en) * | 2010-04-22 | 2012-06-29 | Commissariat Energie Atomique | COMBINED MEASUREMENT DEVICE FOR PRESSURE AND LOW INTRUSIVE TEMPERATURE |
| US8475347B2 (en) * | 2010-06-04 | 2013-07-02 | Stowe Woodward Licensco, Llc | Industrial roll with multiple sensor arrays |
| CA2830088A1 (en) | 2011-02-25 | 2012-08-30 | Voith Patent Gmbh | Paper machine roller with fiber bragg sensors |
| DE102012202245A1 (en) | 2012-02-15 | 2013-08-22 | Voith Patent Gmbh | Roller for use in industrial paper manufacturing machine, has optical waveguide comprising Bragg gratings, where sections of waveguide containing gratings enclose angle with circumferential direction to roller of less than specific degrees |
| WO2012150910A1 (en) * | 2011-05-04 | 2012-11-08 | Agency For Science, Technology And Research | Fiber bragg grating (fbg) sensor |
| CN102707497B (en) * | 2011-11-15 | 2014-08-06 | 京东方科技集团股份有限公司 | Friction cloth checking machine and friction cloth checking method |
| CA2855700A1 (en) * | 2011-11-16 | 2013-05-23 | John William Arkwright | An optical sensing device |
| DE102012200387A1 (en) * | 2012-01-12 | 2013-07-18 | Voith Patent Gmbh | Roller with sensors for web-processing machine |
| DE102012203035A1 (en) | 2012-02-28 | 2013-08-29 | Voith Patent Gmbh | Machine for producing a fibrous web |
| WO2013160116A1 (en) * | 2012-04-24 | 2013-10-31 | Voith Patent Gmbh | Method for ascertaining a value or a profile of a paper machine roller |
| DE102012217757A1 (en) | 2012-09-28 | 2014-04-03 | Voith Patent Gmbh | Web guide element used in paper machine for e.g. guiding fibrous material webs, has web guide surface that is arranged with built-in microwave sensor for detecting material web characteristics, and is operated at preset frequency range |
| US9540769B2 (en) | 2013-03-11 | 2017-01-10 | International Paper Company | Method and apparatus for measuring and removing rotational variability from a nip pressure profile of a covered roll of a nip press |
| FR3003346B1 (en) * | 2013-03-13 | 2016-01-29 | Univ Nantes | FIBER OPTIC SENSOR |
| DE102013205450B3 (en) * | 2013-03-27 | 2014-07-10 | Voith Patent Gmbh | roller |
| EP2981647B1 (en) * | 2013-04-05 | 2018-12-05 | Voith Patent GmbH | Film press |
| EP2989428B1 (en) * | 2013-04-26 | 2017-06-07 | Wicor Holding AG | Fiber-grating sensors having longitudinal-strain-inducing jackets and sensor systems and structures including such sensors |
| CN205603960U (en) | 2013-04-30 | 2016-09-28 | 福伊特专利有限公司 | A machine for making and/or processing fibre width of cloth material and roller thereof |
| DE102013208808A1 (en) * | 2013-05-14 | 2014-11-20 | Voith Patent Gmbh | Film press and method for operating a film press |
| EP3011102B1 (en) | 2013-06-19 | 2018-12-19 | Voith Patent GmbH | Roller |
| DE202014100872U1 (en) | 2014-02-26 | 2014-03-10 | Valmet Technologies, Inc. | Sensor arrangement for a roller |
| CN103837273A (en) * | 2014-02-27 | 2014-06-04 | 中国电子科技集团公司第八研究所 | Stress monitoring device and manufacturing method |
| US9797788B2 (en) | 2014-05-02 | 2017-10-24 | International Paper Company | Method and system associated with a sensing roll including pluralities of sensors and a mating roll for collecting roll data |
| US10378980B2 (en) | 2014-05-02 | 2019-08-13 | International Paper Company | Method and system associated with a sensing roll and a mating roll for collecting roll data |
| US9804044B2 (en) | 2014-05-02 | 2017-10-31 | International Paper Company | Method and system associated with a sensing roll and a mating roll for collecting data including first and second sensor arrays |
| US9650744B2 (en) * | 2014-09-12 | 2017-05-16 | Stowe Woodward Licensco Llc | Suction roll with sensors for detecting operational parameters |
| GB201417836D0 (en) * | 2014-10-08 | 2014-11-19 | Optasense Holdings Ltd | Fibre optic cable with transverse sensitivity |
| US10520370B2 (en) | 2015-04-10 | 2019-12-31 | Indian Institute Of Technology Madras | Ultrasonic waveguide technique for distributed sensing and measurements of physical and chemical properties of surrounding media |
| US10370795B2 (en) | 2015-06-10 | 2019-08-06 | International Paper Company | Monitoring applicator rods and applicator rod nips |
| US9696226B2 (en) * | 2015-06-10 | 2017-07-04 | International Paper Company | Count-based monitoring machine wires and felts |
| US9534970B1 (en) | 2015-06-10 | 2017-01-03 | International Paper Company | Monitoring oscillating components |
| US9677225B2 (en) | 2015-06-10 | 2017-06-13 | International Paper Company | Monitoring applicator rods |
| US9863827B2 (en) | 2015-06-10 | 2018-01-09 | International Paper Company | Monitoring machine wires and felts |
| US9816232B2 (en) | 2015-06-10 | 2017-11-14 | International Paper Company | Monitoring upstream machine wires and felts |
| JP6810169B2 (en) | 2016-04-26 | 2021-01-06 | ストウ・ウッドワード・ライセンスコ，リミテッド・ライアビリティ・カンパニー | Suction roll with through-hole and blind drill hole patterns to improve land distance |
| TWI620703B (en) * | 2016-07-25 | 2018-04-11 | 財團法人工業技術研究院 | Roller with pressure sensor and r to r device |
| CN106197613A (en) * | 2016-08-18 | 2016-12-07 | 四川泛华航空仪表电器有限公司 | Aircraft optical fiber fuel level sensor |
| DE102017106815A1 (en) | 2017-02-07 | 2018-08-09 | Voith Patent Gmbh | sensor roller |
| US10801833B2 (en) * | 2018-04-09 | 2020-10-13 | The Boeing Company | Strain sensitive surfaces for aircraft structural analysis and health monitoring |
| WO2020160663A1 (en) * | 2019-02-07 | 2020-08-13 | Hifi Engineering Inc. | Methods of wrapping optical fiber around a fluid conduit |
| US10989523B2 (en) | 2019-03-14 | 2021-04-27 | The Boeing Company | Sub-surface patterning for diffraction-based strain measurement and damage detection in structures |
| CN112240751A (en) * | 2019-07-16 | 2021-01-19 | 武汉理工大学 | Multi-dimensional fiber grating strain sensor and manufacturing method thereof |
| DE102019120052A1 (en) * | 2019-07-24 | 2021-01-28 | SchäferRolls GmbH & Co. KG | Industrial roll, in particular for paper production, method for introducing a polymer fiber into an empty tube of a technical roll and using a polymer fiber |
| US11243071B2 (en) | 2020-02-03 | 2022-02-08 | The Boeing Company | Sub-surface patterning for diffraction-based strain measurement and damage detection in structures |
| CN113324693B (en) * | 2020-02-29 | 2022-07-01 | 潍坊嘉腾液压技术有限公司 | Manufacturing and packaging method of fish-shaped fiber grating wide-range pressure sensor |
| CN113405721B (en) * | 2020-02-29 | 2022-07-01 | 潍坊嘉腾液压技术有限公司 | Manufacturing and packaging method of fish-shaped fiber grating pressure and temperature sensor |
| CN111982199A (en) * | 2020-08-21 | 2020-11-24 | 燕山大学 | High-precision cold rolling roller type pressure and temperature sensor device |
| JP7474391B1 (en) | 2023-11-30 | 2024-04-24 | Ｓｗｃｃ株式会社 | Method for manufacturing optical fiber ribbon |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002504663A (en) * | 1997-07-07 | 2002-02-12 | シュルンベルジェ ホールディングス リミテッド | Optical fiber pressure transducer and pressure sensing system incorporating the same |
| JP2002062200A (en) * | 2000-08-24 | 2002-02-28 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | Cable for sensing strain and strain measurement method |
| JP3269561B2 (en) * | 1991-12-02 | 2002-03-25 | ソラック | Roller for measuring the smoothness of continuously manufactured strip |
| US20050220407A1 (en) * | 2003-11-19 | 2005-10-06 | Em Photonics, Inc. | Fiber bragg grating compression sensor system |
| JP2005539179A (en) * | 2002-09-12 | 2005-12-22 | ストウ・ウッドワード，リミテッド・ライアビリティ・カンパニー | Suction roll having a sensor for detecting temperature and / or pressure |
| US20050285059A1 (en) * | 2004-06-24 | 2005-12-29 | Gerber Terry L | Apparatus and a method for detecting flatness defects of a web moving over a roller assembly |
| US20060204174A1 (en) * | 2005-03-10 | 2006-09-14 | Weatherford/Lamb, Inc. | Dynamic optical waveguide sensor |
| JP2006266799A (en) * | 2005-03-23 | 2006-10-05 | Univ Of Fukui | Optical fiber sensor device |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4806012A (en) | 1984-08-13 | 1989-02-21 | United Technologies Corporation | Distributed, spatially resolving optical fiber strain gauge |
| US4996419A (en) | 1989-12-26 | 1991-02-26 | United Technologies Corporation | Distributed multiplexed optical fiber Bragg grating sensor arrangeement |
| US5792747A (en) | 1995-01-24 | 1998-08-11 | The Administrators Of The Tulane Educational Fund | Highly potent agonists of growth hormone releasing hormone |
| US5562027A (en) * | 1995-02-16 | 1996-10-08 | Stowe Woodward Licensco, Inc. | Dynamic nip pressure and temperature sensing system |
| CA2177803A1 (en) * | 1995-06-01 | 1996-12-02 | Robert H. Moore | Nip pressure sensing system |
| FI116481B (en) * | 2000-04-13 | 2005-11-30 | Metso Paper Inc | Composite roll and method for its manufacture |
| US6752908B2 (en) | 2001-06-01 | 2004-06-22 | Stowe Woodward, Llc | Shoe press belt with system for detecting operational parameters |
| US6774354B2 (en) * | 2001-10-15 | 2004-08-10 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Fiber optic pitch or roll sensor |
| NO334515B1 (en) * | 2002-03-13 | 2014-03-31 | Light Structures As | Fiber optic sensor package |
| CN2599557Y (en) * | 2002-12-18 | 2004-01-14 | 南开大学 | Bidirectional torsioning optical fibre sensor |
| US7085057B2 (en) * | 2003-10-15 | 2006-08-01 | Invenios | Direct-write system and method for roll-to-roll manufacturing of reflective gratings |
| US20050261115A1 (en) * | 2004-05-14 | 2005-11-24 | Myers Bigel Sibley & Sajovec, P.A. | Industrial roll with piezoelectric sensors for detecting pressure |
| CN100510645C (en) * | 2006-10-20 | 2009-07-08 | 南开大学 | Three dimensional forcel/displacement sensor of optical fibre grating |
-
2008
- 2008-09-23 BR BRPI0822792-6A patent/BRPI0822792B1/en active IP Right Grant
- 2008-09-23 EP EP08874954.4A patent/EP2331923B1/en not_active Not-in-force
- 2008-09-23 WO PCT/EP2008/008050 patent/WO2010034321A1/en active Application Filing
- 2008-09-23 JP JP2011528188A patent/JP2012503207A/en not_active Ceased
- 2008-09-23 CN CN2008801318194A patent/CN102203576B/en not_active Expired - Fee Related
-
2011
- 2011-03-23 US US13/070,203 patent/US8474333B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3269561B2 (en) * | 1991-12-02 | 2002-03-25 | ソラック | Roller for measuring the smoothness of continuously manufactured strip |
| JP2002504663A (en) * | 1997-07-07 | 2002-02-12 | シュルンベルジェ ホールディングス リミテッド | Optical fiber pressure transducer and pressure sensing system incorporating the same |
| JP2002062200A (en) * | 2000-08-24 | 2002-02-28 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | Cable for sensing strain and strain measurement method |
| JP2005539179A (en) * | 2002-09-12 | 2005-12-22 | ストウ・ウッドワード，リミテッド・ライアビリティ・カンパニー | Suction roll having a sensor for detecting temperature and / or pressure |
| US20050220407A1 (en) * | 2003-11-19 | 2005-10-06 | Em Photonics, Inc. | Fiber bragg grating compression sensor system |
| US20050285059A1 (en) * | 2004-06-24 | 2005-12-29 | Gerber Terry L | Apparatus and a method for detecting flatness defects of a web moving over a roller assembly |
| US20060204174A1 (en) * | 2005-03-10 | 2006-09-14 | Weatherford/Lamb, Inc. | Dynamic optical waveguide sensor |
| JP2006266799A (en) * | 2005-03-23 | 2006-10-05 | Univ Of Fukui | Optical fiber sensor device |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102169504B1 (en) * | 2019-09-24 | 2020-10-23 | 한국건설기술연구원 | Apparatus for Measuring Strain of Pipe, and Method for Monitoring Leakage of Pipe Connection |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2010034321A1 (en) | 2010-04-01 |
| US8474333B2 (en) | 2013-07-02 |
| CN102203576A (en) | 2011-09-28 |
| EP2331923A1 (en) | 2011-06-15 |
| BRPI0822792A2 (en) | 2018-05-22 |
| EP2331923B1 (en) | 2013-06-19 |
| CN102203576B (en) | 2013-07-31 |
| BRPI0822792B1 (en) | 2019-04-16 |
| US20110226070A1 (en) | 2011-09-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2012503207A (en) | Industrial roll with optical roll cover sensor system | |
| Marques et al. | Polymer optical fiber sensors in human life safety | |
| US11125637B2 (en) | Distributed pressure sensing | |
| AU2004219914B2 (en) | Coiled optical fiber assembly for measuring pressure and/or other physical data | |
| US8805128B2 (en) | Multi-point pressure sensor and uses thereof | |
| EP1181501B1 (en) | Methods and apparatus for mechanically enhancing the sensitivity of longitudinally loaded fiber optic sensors | |
| CN101943568B (en) | Fiber strain sensor and measurement system for repeated large deformation | |
| US7974503B2 (en) | Fiber grating sensor | |
| US8701494B1 (en) | Apparatus and method for damage location and identification in structures | |
| US5844667A (en) | Fiber optic pressure sensor with passive temperature compensation | |
| CN102150349A (en) | Method and system for monitoring the condition of generator end windings | |
| JP2007537440A (en) | Rotating body abnormality detection device | |
| US20090092352A1 (en) | Optical fiber strain sensor | |
| US7634948B2 (en) | Process and device for dynamic measurement of the axial deformation of a rotating hollow shaft | |
| JP2018517908A (en) | Optical fiber pressure device, method and application | |
| KR101532197B1 (en) | Vibration sensor | |
| US8337668B2 (en) | Doctor blade with sensing system | |
| US6611633B1 (en) | Coated fiber pressure sensors utilizing pressure release coating material | |
| EP3645990A1 (en) | Optical sensor having pi-phase shifted bragg grating and optical sensing system using same | |
| JP5415376B2 (en) | Sensor head and optical sensor | |
| CN101586994A (en) | Fiber grating pull pressure sensor having temperature compensation function | |
| JP3571936B2 (en) | Pressure measuring device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130222 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130228 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130528 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130909 |
|
| A045 | Written measure of dismissal of application [lapsed due to lack of payment] |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A045 Effective date: 20140127 |